HASIL DAN PEMBAHASAN
B. Teknik Perancangan Mesin Perajang Singkong
Teknik perancangan adalah langkah dasar yang sangat penting dilakukan dalam perancangan mesin perajang singkong ini. Tujuan dari teknik perancangan ini adalah untuk mendapatkan data-data konstruksi yang dibutuhkan dalam membangun mesin perajang singkong.
1. Gaya
Untuk mengetahui besarnya gaya potong yang terjadi pada singkong dilakukan dengan pengujian empiris. Pengujian tersebut dilakukan dengan beban ditaruh diatas pisau, maka singkong akan terpotong dengan besarnya beban tersebut. Pengujian tersebut dilakukan sebanyak tiga kali, yaitu pengujian pertama singkong terpotong dengan gaya sebesar 5 kg, pengujian kedua singkong terpotong dengan gaya sebesar 6 kg, pengujian ketiga singkong terpotong dengan gaya sebesar 7 kg. Maka dengan pengujian tersebut didapat hasil rata-rata gaya potong sebesar 6 kg.
2. Daya
Berdasarkan perhitungan gaya potong singkong yang telah diketahui maka selanjutnya bisa diperkirakan daya rencana yang dibutuhkan. Untuk menghitung daya rencana (P), terlebih dahulu dihitung torsi yang dihasilkan dari gaya potong singkong yang terjadi (T) yaitu: Rumus (14):
T = F2 . R
T = 0,35 kg x 15 mm T = 5,25 kg.mm
Setelah torsi, selanjutnya bisa dihitung daya mesin (P) yaitu: Rumus (15): P = P = P = P = 0,1 Hp 3. Motor F1= x 6 = 3 F2= x 3 = 0 , 35 F1 d = 140 mm 600 d = 30 mm F2 F = 6kg 50 mm r = 100 r = 70 r = 15 d = 30 . , , . , ,
33
Dengan pertimbangan kinerja mesin agar berfungsi dengan maksimal dan ketersediaan motor listrik di pasaran, maka motor yang digunakan adalah motor dengan daya ¼ Hp.
Spesifikasi motor listrik yang digunakan: a. P = ¼ Hp
b. N = 1400 rpm
c. Tegangan = 110/220V 4. Poros
Poros merupakan salah satu bagian dari sistem transmisi mesin perajang singkong. Putaran dari motor listrik diteruskan puli dan v-belt kemudian ke poros. Poros ini berfungsi sebagai pemutar pisau
perajang. Poros ini memiliki panjang 375 mm dengan ditopang oleh dua buah bearing dengan jarak 65 mm dan 50 mm dari tiap ujung poros.
Selanjutnya dihitung perencanaan poros mesin perajang singkong. a. Analisa gaya–gaya yang terjadi pada poros
b. Daya yang ditransmisikan : P = 0,25 Hp
= 0,18735 kW Putaran poros: n = 180 rpm
Beban puli Beban poros
Torsi motor
Gaya potong
= 740,9 kgmm
c. Faktor koreksi pertama sebagai angka keamanan awal diambil kecil fc = 1,2
d. Daya rencana untuk penghitungan poros Pd = fc . P
= 1,2 . 0,18735 = 0,22482 kW
e. Momen puntir rencana
T = 9,74 x 105
= 9,74 x
= 1216,526 kgmm
f. Pembebanan yang terjadi pada poros 1) Beban di titik A
a) Puli = 1,5 kg
b) Gaya tarik V-belt = 3 kg 2) Beban di titik B
Beban pada titik B, adalah gaya pisau perajang = 6 kg Poros tidak mempunyai beban horisontal.
T = = , . , = 74,09kgcm 65 mm 260 mm 50 mm VA = 4,5 kg VB = 6 kg A B RVB RVA 105 ,
35
Gambar 4. Pembebanan dan Gaya Reaksi pada Poros g. Gaya reaksi di engsel
VA , MB = 0 VA (310) – 4,5 (375) – 6 (50) = 0 310 VA = 1387,5 N 4 ,5 KN VB, MA = 0 VB (310) – 6 (260) + 4,5 (65) = 0 310 VB = 1560 + 292,5 = 1852,5 N 6 KN Cheeking : PV = 0 4,5 + 6 – 4,5 + 6 = 0 (cocok ) Dari kanan ME = 0 = 4,5 (50 + x ) – 310 ( x ) = 225 + 4,5 x – 310 x - 225 = -305,5 x X = 1,36 MC = 0 MA = -4,5 (65) = -295,5 KN MD = 4,5 (1,36) = 6,12 KN MB = 0 ME = -4,5 (65 + x) + 310 (x) = 0 = -295,5 – 4,5 x + 310 x = 0 305,5 x = 295,5 x = 0,96 C B A D E X
Gambar 5. Pembebanan dan Gaya Reaksi pada Poros
h. Bahan Poros
Bahan poros pada mesin perajang ini menggunakan ST 50 dengan kekuatan tarik ( σb ) = 50 kg/mm2. Dalam perencanaan sebuah poros harus diperhatikan tentang pengaruh-pengaruh yang akan dihadapi oleh poros tersebut, sehingga diperoleh tegangan geser yang diijinkan. Ada 2 faktor koreksi yang diperhitungkan yaitu Sf1 dan Sf2. Ditinjau dari batas kelelahan puntir diambil Sf1 = 6, Sf2 = 2.
Berdasarkan pertimbangan tersebut maka poros perajang singkong menggunakan :
Sf2 = 2 karena diberi alur pasak, poros bertingkat, dan pertimbangan
pengaruh kekasaran permukaan. i. Tegangan geser yang diijinkan
Tegangan geser yang diijinkan σg (kg/mm2) adalah : σg = σb / (Sf1 x Sf2)
= 50 / (6 x 2 ) = 2,78 kg/mm2
j. Faktor koreksi puntiran dan lenturan
Faktor koreksi yang ditinjau dari keadaan momen puntir dinyatakan dengan Kt dengan harga 1,0 – 3,0. Faktor tersebut ditinjau apakah poros dikenai beban secara halus, sedikit kejutan/tumbukan, atau kejutan atau tumbukan yang besar.
Faktor koreksi yang ditinjau dari keadaan momen lentur dinyatakan dengan Km dengan harga 1,5 – 3 ,0. Faktor tersebut
VA =-295,5 kgmm A B D E C
37
ditinjau apakah poros berputar dengan pembebanan momen lentur yang tetap, mengalami tumbukan ringan, atau mengalami tumbukan berat.
Berdasarkan pertimbangan tersebut maka poros perajang singkong menggunakan :
Kt = 3,0 karena dikenai kejutan besar
Km = 3,0 karena mengalami tumbukan berat
Poros yang digunakan pada mesin 26,2 mm.
l. Defleksi Puntiran
Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir harus diperhitungkan juga. Baja, G = 8,3 x 103 kg/mm2. Poros yang dipasang pada mesin umum dalam kondisi kerja normal, besarnya defleksi puntiran dibatasi sampai 0,250 atau 0,30. Pemakaian rumus ASME lebih dianjurkan dengan metoda sebagai berikut:
Rumus:
Jadi defleksi puntiran tersebut aman karena θ = 0,0390 ≤ 0 30
. 5. Transmisi Pully dan Sabuk V (V-Belt)
Pada umumnya mesin perajang singkong di pasaran menggunakan kecepatan putaran kira-kira kurang lebih diatas 300 rpm. Oleh karena itu pada mesin ini ditentukan kecepatan putaran k. Diameter Poros ds ≥ , τ (K .M) + (K .T) ds ≥ , , (3.295,5) + (3. 1216,526) ds ≥ 22,96mm
Kebutuhan diameterminimalporos≥22,96mmaman digunakan.
θ= 584 θ= 584
, ,
perajang singkong ini memiliki sistem transmisi yang terdiri dari beberapa komponen yaitu puli, belt, poros, dan motor listrik. Sistem transmisi yang ada akan memperlambat kecepatan motor listrik dari 1400 rpm menjadi 180 rpm. Jenis motor penggerak yang digunakan adalah motor listrik ¼ HP. Mekanisme yang bekerja pada system transmisi ini berawal dari motor listrik ditransmisikan ke puli 1 yang kemudian dengan menggunakan belt akan ditransmisikan ke puli 2 dan puli 3 , kemudian dengan menggukan belt ditransmisikan ke puli 4 dan selanjutnya akan didistribusikan ke poros yang akan memutar piringan untuk merajang singkong.
Diketahui : n1
= 1400 rpm
d1 = 60 mm d3 = 60 mm d2 = 140 mm d4 = 200 mm Rumus:
n1. d1. = n2. d2 ... (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2002:166)
= 600 rpm ...(1) Keterangan :
= 180 rpm
n1 = Putaran awal d2 = Diameter puli 2
Rangkaian sistem transmisi v-belt: d4
d3 d1 d2 n1 n2 n3 n2= n1. n3= n2. = 1400 rpm . =600 rpm .
39
n3 = Putaran akhir d3 = Diameter puli 3
d1 = Diameter puli 1
d4 = Diameter puli 4
6. Pully dan Sabuk V (V-belt)
Transmisi sabuk-V digunakan untuk mereduksi putaran dari n1 = 1400 rpm menjadi n2 = 180 rpm. Mesin perajang singkong mempunyai variasi beban besar dan diperkirakan mesin bekerja selama 3-5 jam setiap hari, sehingga waktu koreksinya yaitu 1,5 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2002:165). Proses perencanaan dan perhitungan sabuk-V dapat diamati melalui gambar 6.
Gambar 6. Diagram Alir Untuk Memilih Sabuk-V
Diagram alir tersebut selanjutnya digunakan untuk menghitung dan menentukan jenis v-belt yang akan dipakai, maka perancangan v-belt :
41
a. Perhitungan perancangan poros 1) P = ¼ HP 2) Pd = fc x 0,0735 kW Pd = 1,5 x 0,18735 kW Pd = 0,281025 kW 3) T = 9,74 x 105 = 9,74 x = 1520,6575 kgmm
b. Penampang v-belt yang digunakan : Tipe A
c. Diameter puli dp1 = 60 mm, Dp2 = 140 dp3 = 60 mm, Dp4 = 200 1) 2) V V V1 = 10,257333 m/s V2 = 6,28 m/s 1) 10,25 m/s < 30 m/s; 2) 6,28 m/s < 30 m/s, baik digunakan. d. Kecepatanv-belt V2 V1 n2 n1 DP4 Dp2 105 ,
L L L1 = 2C + 314 + (60 + 140)2 L1 = 2 x 400 + 314 + (60 + 140)2 L2 = 2 x 400 + 314 + (60 + 200)2 L2 = 1114 + (60 + 200)2 L2 = 1156,25 mm
f. Nomor nominal sabuk-V, yaitu: no. 45 = 1139 mm dan no. 46 = 1156,25 mm.
g. Jarak sumbu poros (C) dapat dinyatakan sebagai berikut:
C
2 2
43 1) Rumus: b = 2L1 – π (Dp2 + dp1) b = 2 x 1139 – 3,14 (140+60) b = 1650 mm b = 2L2 – π (Dp4 + dp3) b = 2 x 1156,25 – 3,14 (200+60) b = 1496,1 mm 2) Rumus
h. Besar sudut kontak v-belt dengan puli C = ( ) C = ( ) C = 410,5514 mm = 400 mm C = ( ) C = , , ( ) C = 367,3557 mm = 400 mm
K0 = 0, 99
i. Daerah penyetelan jarak sumbu poros berdasarkan data-data yang diperoleh, ditetapkan:
ΔCi = 20 mm ΔCt = 40 mm
j. Jadi v-belt untuk sistem transmisi mesin perajang singkong adalah
vbelt tipe A, no. 45 dan no. 46 dengan jarak poros 400 mm.
7. Saluran Masuk Dan Saluran Keluar
Saluran masuk dan saluran keluar mesin perajang singkong ini terbuat dari plat Stainles steel dengan ketebalan 0,8 mm. Saluran masuk yang mempunyai bentuk fleksibel ini berguna sebagai saluran masuk singkong yang akan dirajang, sedangkan saluran keluaran berfungsi untuk saluran keluar singkong yang telah selesai dirajang.
Dalam konstruksi penyambungannya disambung dengan las asitilin dengan tujuan agar saluran masuk ini kuat dan mudah dalam pengerjaaanya, sedangkan pada saluran keluar pengerjaannya dilakukan dengan penekukan plat dan diberi paku keling. Dalam konstruksi penyatuan dengan rangka saluran keluar dan saluran masuk
disambungkan dengan menggunakan mur dan baut agar tidak mudah lepas dan mudah untuk dibongkar dan dipasang.
θ= 1800–
( )
θ= 1800–
( )
45